閥控密封鉛酸蓄電池充電器及其充電方法
【專利摘要】閥控密封鉛酸蓄電池充電器，由高壓整流濾波電路(1)、電流檢測電路(2)、有源復位電路(3)、電壓變換電路(4)、指示燈及風扇電路組成(5)，電流傳感器電路(6)、低壓整流濾波電路(7)、輔助電源電路(8)、高壓模塊電路(9)、驅動電路(10)、充電輸出控制電路(11)、低壓模塊電路(12)組成。充電方法，充電過程分斷續(xù)充電法預充電、漸降電流法主充電、恒壓充電法涓流充電和斷續(xù)充電法補充充電四個階段。本發(fā)明創(chuàng)造不會發(fā)生蓄電池充壞現(xiàn)象且蓄電池能充滿。
【專利說明】閥控密封鉛酸蓄電池充電器及其充電方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種閥控密封鉛酸蓄電池充電器及其充電方法。
【背景技術】
[0002]閥控密封鉛酸蓄電池(以下稱蓄電池)最主要的兩個指標是有效容量(C)及在有效容量條件下的循環(huán)使用壽命。這固然與蓄電池本身的技術發(fā)展有關，作為其能量再次補充的充電器，是至關重要的設備，它直接決定著蓄電池補充能量的有效程度以及循環(huán)使用壽命的長短。
[0003]傳統(tǒng)典型的充電器充電方法是:第一階段以恒流充電，當電壓達到規(guī)定值時，進入第二階段恒壓充電，隨著蓄電池電壓的提高，電流會逐漸變小，當充電電壓電流降低到一定值時，轉入第三階段。第三階段是小電流浮充充電，這時充電電壓下降，到設定值后停止充電?，F(xiàn)在的分段式充電法(即先恒流、再恒壓)，在充電過程初期，充電電流遠遠小于蓄電池可接受的電流，因而充電時間太長；在充電過程中期，充電電流又大于蓄電池可接受的電流，如圖1所示，致使充電副反應加劇，蓄電池內部溫度升高得很快；在充電過程后期，長時間小電流充電，如圖1所示，極易造成充電過程出現(xiàn)“極化”現(xiàn)象，將產生大量的氣泡，內部還會出現(xiàn)硫化結晶，極大的縮短蓄電池的循環(huán)使用壽命。由于第二階段轉第三階段采用電流控制，轉充電流設置高，充電能量不足，會出現(xiàn)硫化導致有效容量下降；轉充電流設置低，蓄電池環(huán)境溫度過高時，(夏天蓄電池溫度過高)，蓄電池第二階段轉第三階段的轉充電流將很難到達，蓄電池將會一直處于第二階段的充電狀態(tài)，致使蓄電池過度充電而失水，使蓄電池正極板的過度氧化而容量下降，嚴重時還會導致蓄電池“熱失控”，永久的損壞蓄電池。采用恒流及恒壓充電方式，充電器依靠極高的穩(wěn)壓、穩(wěn)流特性以及精確的充電時間控制功能，是難以為一個所需充電電壓、電流時變的，充電過程時間非定常的動態(tài)負載提供滿意的服務。
發(fā)明創(chuàng)造內容
[0004]本發(fā)明創(chuàng)造要解決的技術問題是:提供一種不會發(fā)生蓄電池充壞現(xiàn)象且蓄電池能充滿的閥控密封鉛酸蓄電池充電器及其充電方法。
[0005]本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案是:
[0006]閥控密封鉛酸蓄電池充電器，其特征在于，充電器的電路結構為:高壓整流濾波電路I分成兩路輸出，一路依次通向電壓變換電路4、電流傳感器電路6、充電輸出控制電路11 ;另一路通向輔助電源8;輔助電源8變換出的三組低壓電源，其中一組通向有源復位電路3 ;另一組分別通向電流檢測電路2、聞壓|旲塊電路9和驅動電路10 ;還有一組依次通向低壓模塊電路12、指示燈電路5 ;高壓模塊電路9分別通向有源復位電路3和驅動電路10，驅動電路10通向充電輸出控制電路11 ;高壓整流濾波電路I依次與電壓變換電路4、電流傳感器電路6、充電輸出控制電路11構成了電力變換主回路；電流傳感器電路6經電流檢測電路2通向高壓模塊電路9，驅動電路10通向充電輸出控制電路11，構成電力變換主回路的電流檢測及限流控制回路；低壓整流濾波電路7、低壓模塊電路12、高壓模塊電路9、驅動電路10、充電輸出控制電路11、電流傳感器電路6、電壓變換電路4、組成充電各階段的檢測與轉換以及充電電流控制回路。
[0007]閥控密封鉛酸蓄電池充電方法，其特征在于，充電過程分斷續(xù)充電法預充電、漸降電流法主充電、恒壓充電法涓流充電和斷續(xù)充電法補充充電四個階段:
[0008]a、斷續(xù)充電法預充電:當閥控鉛酸蓄電池因深度放電，其電壓低于額定電壓，不允許大電流充電時，用充幾秒、停幾秒的方法斷續(xù)充電，且充電電流較小；當閥控鉛酸蓄電池充電電壓達到允許大電流充電時，即可轉入主充電狀態(tài)；
[0009]b、漸降電流法主充電:閥控鉛酸蓄電池電壓達到允許大電流充電電壓時，進行恒流主充電，隨著蓄電池電壓的升高，主充充電電流快接近蓄電池允許充電曲線時，電流逐漸下降；在20°C溫度時，當蓄電池電壓充到每單元電壓2.4V左右時進入恒壓充電，不在20°C溫度時，根據(jù)蓄電池的需要給一定的溫度補償；
[0010]C、恒壓充電法涓流充電:以每單元2.4V左右的電壓下對蓄電池恒壓充電，充電電流繼續(xù)下降，當電流下降到0.05C左右時，轉入補充充電；
[0011]d、斷續(xù)充電法補充充電:充幾秒、停幾秒斷續(xù)充電方法給以補充電，根據(jù)不同的蓄電池選用一個合適的充電電流和合適的限定電壓，隨著電壓的升高充電電流會自然下降，斷續(xù)充電三小時左右后充電結束。
[0012]補充充電采用斷續(xù)充電法的目的是，當蓄電池充電停止時，其歐姆極化消失，濃差極化和電化學極化也逐漸減弱，充電副反應也隨之停止。可以有效的減少電池的充電副反應，減少極化從而減少電解水，減少氣體復合時產生的能耗，也有利于氣體的再化合，提高氣體復合率，而減少失水。降低因極化內阻而產生的充電發(fā)熱，降低蓄電池充電溫升，同時也可使每格電池得到均衡充電，延長蓄電池使用壽命，提高充電效率。
[0013]根據(jù)充電過程中電池的化學反應，充電過程中的充電副反應，主要發(fā)生在充電后期，在做了大量消除電池充電過程副反應的研究工作中，發(fā)現(xiàn)無論怎樣對傳統(tǒng)的三段或四段恒壓、恒流方式進行改進，都不能消除充電過程中的副反應；而極化電壓的產生跟充電電流的大小及輸出方式密切關系。恒流、恒壓充電方式，其充電電流是不斷地一直輸出，根本不可能消除電池的“極化”現(xiàn)象。充電后期采用斷續(xù)充電法補充充電，當電池充電停止時，電池的歐姆極化消失，濃差極化和電化學極化也逐漸減弱，充電副反應也隨之停止。充電副反應的減少，電池就可接受較大充電電流，充電速度可以加快，充電容量會提高，這就是斷續(xù)充電方式的原始理論依據(jù)。試驗證明，充電器的充電電流以斷續(xù)方式輸出，還可以加快活性物質的反應速度，有效的防止電解液硫化結晶，并且可以有效地擊碎已經出現(xiàn)的結晶顆粒；同時，由于電池“極化”現(xiàn)象的消失，從而減少電解水，提高氣體復合率，而減少失水；脈沖電流又可以深層次地激活電池內部的活性物質，從而大幅度的提高蓄電池的充電有效容量。
[0014]傳統(tǒng)的三段或四段恒壓、恒流方式充電器的致命弱點是:恒壓充電值高和轉充電流值低，致使對蓄電池內部以及外部條件的適應性差，對不同蓄電池的適應性也差，對充電器本身的電壓、電流的檢測精度要求也高，一旦發(fā)生漂移就不能正常充電，故經常發(fā)生蓄電池充壞現(xiàn)象，不然蓄電池就不能充滿，會導致硫化而容量下降。本發(fā)明沒有上述缺點。
【專利附圖】

【附圖說明】[0015]圖1傳統(tǒng)典型的充電器充電曲線；
[0016]圖2是本發(fā)明創(chuàng)造的充電器充電曲線；
[0017]圖3充電器工作流程圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明的充電器充電方法是:充電過程分斷續(xù)充電法預充電、漸降電流法主充電、恒壓充電法涓流充電和斷續(xù)充電法補充充電四個階段。以主充電電流為0.2C的充電模式為例，說明充電過程:
[0019]1、斷續(xù)充電法預充電:當閥控鉛酸蓄電池發(fā)生深度放電時，(蓄電池每單元電壓小于1.9V)，為了預防蓄電池欠壓狀態(tài)下，極板的電化學反應遲鈍，內阻較大，大電流充電會造成蓄電池過熱的過充現(xiàn)象，先進行預充電；預充電采用斷續(xù)充電法，如圖2所示(充2秒、停2秒斷續(xù)充電)，且充電電流是主充電流的三分之一左右(0.07C,平均電流是0.035C)，這有利于蓄電池極板的活化；當閥控鉛酸蓄電池充電電壓達1.9V每單元時，即可轉入主充狀態(tài)。
[0020]2、漸降電流法主充電:主充充電開始以0.2C電流充電，利用本發(fā)明的開關電源的功率變換特性(輸出電壓升高時電流會下降，可提高開關電源的效率)，從每單元1.9V充到2.25V采用恒流充電，2.25V到2.4V段充電電流漸降，會下降三分之一左右，都在蓄電池可接受的電流以內，如圖2所示(從0.2C下降到0.13C左右)，與傳統(tǒng)的充電方法第一階段的恒流充電相比，更符合蓄電池的充電特性，還可以縮短充電時間，如圖2所示；最大限度的利用開關電源的功率容量，提高充電效率，經對比試驗與傳統(tǒng)充電器相比可省電6%左右。當蓄電池電壓充到每單元電壓2.4V(溫度以20°C為準，溫度變化時，有_3mV /°C的溫度補償)時進入恒壓充電。與傳統(tǒng)的三段或四段充電法相比，恒壓充電的電壓下降了每單元0.05V左右，可保證各種環(huán)境條件下蓄電池都能充電到該電壓，以可靠地進入下一階段的轉換；還可以減少充電副反應而減少電解水，減少蓄電池的發(fā)熱。
[0021]3、恒壓充電法涓流充電:以每單元2.4V的電壓下對蓄電池恒壓充電，充電電流從
0.13C左右逐漸下降，當電流下降到0.05C左右時，轉入補充充電，如圖2所示。與傳統(tǒng)的三段或四段充電法相比，轉充電流增加了一倍多；較大的轉充電流，可保證各種環(huán)境條件下蓄電池都能由恒壓充電轉換到斷續(xù)充電；有效避免因蓄電池內部電解液濃度、極板的腐蝕程度和外部溫度條件等因素，使充電電流不能按時下降到轉充點；避免長時間高電壓小電流充電產生的電解水和氣體復合的水循環(huán)，發(fā)出熱量會造成熱失控；還可避免這一時段其他的一些充電副反應對蓄電池的傷害，以及減少這一時段極板內部出現(xiàn)硫化結晶。
[0022]4、斷續(xù)充電法補充充電:因降低了恒壓充電值和提高了轉充電流值，這時蓄電池容量只能充到90%左右，剩下的10%的電量采用限壓(每單元電壓2.5V)斷續(xù)充電法(充2秒、停2秒)給以補滿。如圖2所示，最大充電電流是主充電流的三分之一左右(0.07C,隨著電壓的升高電流會下降，當蓄電池電壓接近每單元2.5V時，斷續(xù)的充電電流趨向于
0.0lC (平均電流)，斷續(xù)充電三小時左右后充電結束。補充充電采用斷續(xù)充電法的目的是，當蓄電池充電停止時，其歐姆極化消失，濃差極化和電化學極化也逐漸減弱，充電副反應也隨之停止。可以有效的減少電池的充電副反應，減少極化從而減少電解水，減少氣體復合時產生的能耗，也有利于氣體的再化合，提高氣體復合率，而減少失水。降低因極化內阻而產生的充電發(fā)熱，降低蓄電池充電溫升，同時也可使每格電池得到均衡充電，延長蓄電池使用壽命，提高充電效力。
[0023]根據(jù)充電過程中電池的化學反應，充電過程中的充電副反應，主要發(fā)生在充電后期，在做了大量消除電池充電過程副反應的研究工作中，發(fā)現(xiàn)無論怎樣對傳統(tǒng)的三段或四段恒壓、恒流方式進行改進，都不能消除充電過程中的副反應；而極化電壓的產生跟充電電流的大小及輸出方式密切關系。恒流、恒壓充電方式，其充電電流是不斷地一直輸出，根本不可能消除電池的“極化”現(xiàn)象。充電后期采用斷續(xù)充電法補充充電，當電池充電停止時，電池的歐姆極化消失，濃差極化和電化學極化也逐漸減弱，充電副反應也隨之停止。充電副反應的減少，電池就可接受較大充電電流，充電速度可以加快，充電容量會提高，這就是斷續(xù)充電方式的原始理論依據(jù)。試驗證明，充電器的充電電流以斷續(xù)方式輸出，還可以加快活性物質的反應速度，有效的防止電解液硫化結晶，并且可以有效地擊碎已經出現(xiàn)的結晶顆粒；同時，由于電池“極化”現(xiàn)象的消失，從而減少電解水，提高氣體復合率，而減少失水；脈沖電流又可以深層次地激活電池內部的活性物質，從而大幅度的提高蓄電池的充電有效容量。
[0024]傳統(tǒng)的三段或四段恒壓、恒流方式充電器的致命弱點是:恒壓充電值高和轉充電流值低，致使對蓄電池內部以及外部條件的適應性差，對不同蓄電池的適應性也差，對充電器本身的電壓、電流的檢測精度要求也高，一旦發(fā)生漂移就不能正常充電，故經常發(fā)生蓄電池充壞現(xiàn)象，不然蓄電池就不能充滿，會導致硫化而容量下降。本發(fā)明沒有上述缺點。
[0025]5、充電器的電路可以有多種方案，本發(fā)明的充電器工作流程如圖3所示，其中由高壓整流濾波電路1、電流檢測電路2、有源復位電路3、電壓變換電路4、指示燈及風扇電路組成5，電流傳感器電路6、低壓整流濾波電路7、輔助電源電路8、高壓模塊電路9、驅動電路10、充電輸出控制電路11、低壓模塊電路12、如圖3所示。
[0026]充電器的電路結構為:高壓整流濾波電路I分成兩路輸出，一路依次通向電壓變換電路4、電流傳感器電路6、充電輸出控制電路11 ;另一路通向輔助電源8 ;輔助電源8變換出的三組低壓電源，其中一組通向有源復位電路3 ;另一組分別通向電流檢測電路2、高壓模塊電路9和驅動電路10 ;還有一組依次通向低壓模塊電路12、指示燈電路5 ;高壓模塊電路9分別通向有源復位電路3和驅動電路IO，驅動電路IO通向充電輸出控制電路11 ;高壓整流濾波電路I依次與電壓變換電路4、電流傳感器電路6、充電輸出控制電路11構成了電力變換主回路；電流傳感器電路6經電流檢測電路2通向高壓模塊電路9，驅動電路10通向充電輸出控制電路11，構成電力變換主回路的電流檢測與限流控制回路；低壓整流濾波電路7、低壓模塊電路12、高壓模塊電路9、驅動電路10、充電輸出控制電路11、電流傳感器電路6、電壓變換電路4、組成充電個階段的檢測與轉換以及充電電流控制回路。
[0027]充電器工作過程是:市電電源通過整流濾波電路1，將220V交流電整流成3IOV的直流電，其分成兩路輸出，一路給電壓變換電路4、電流傳感器電路6、充電輸出控制電路11供電；另一路給輔助電源8供電；輔助電源8變換出的三組低壓電源，其中一組是獨立的+20V和-7V的正負電源，給有源復位電路3供電；另一組是與310V電源共地的+20V和-7V的正負電源，其中+20V電源給電流檢測電路2、高壓模塊電路9供電，+20V和-7V的正負電源給驅動電路10供電；還有一組與低壓整流濾波電路7共地的+IlV電源，給低壓模塊電路
12、指示燈電路5進行供電；高壓模塊電路9獲得供電以后就產生脈沖信號傳輸給驅動電路10，經驅動電路10變換成正負脈沖信號并經過電流放大后，傳輸給充電輸出控制電路11，控制開關管的工作頻率和開關時間，以控制充電器的充電電流；同時電流傳感器電路6檢測到脈沖電流信號，傳遞給電流檢測電路2，電流檢測電路2根據(jù)脈沖電流信號的形式經相應的整形處理后，輸出一個相應幅值的脈沖電壓傳送給高壓模塊電路9，若超過限定幅值，高壓模塊電路9會中斷脈沖信號，若沒有超過限定幅值，高壓模塊電路9會傳輸原先設定的脈寬，電壓變換電路4將310V的脈沖電壓轉變成蓄電池充電所需的電壓，再通過低壓整流濾波電路7給蓄電池充電；高壓模塊電路9給驅動電路10傳輸脈沖信號結束以后，即給有源復位電路3傳輸脈沖信號，將充電輸出控制電路11關斷后，變壓器磁芯中留下的剩磁在有源復位電路3的作用下消除，使變壓器磁芯的剩磁量保持在特定范圍內，從而保證下一變換周期變壓器轉換功率。低壓模塊電路12根據(jù)蓄電池電壓以及充電電流來判斷充電器工作在預充階段、主充階段、涓充階段還是補充階段，以控制高壓模塊，使之提供合適的脈沖寬度給充電輸出控制電路的開通和關段，以控制充電器的充電電流。指示燈及風扇電路從低壓整流濾波電路中獲得脈沖電流，以顯示充電狀態(tài)和驅動風扇運轉。
[0028]6、本充電器的充電方法，可更大電流(如主充電流為0.5C、1C)為蓄電池充電，以實現(xiàn)電動車的快速充電。
【權利要求】
1.一種充電器，其特征在于，充電器的電路結構為:高壓整流濾波電路(I)分成兩路輸出，一路依次通向電壓變換電路⑷、電流傳感器電路(6)、充電輸出控制電路(11);另一路通向輔助電源⑶；輔助電源(8)變換出的三組低壓電源，其中一組通向有源復位電路(3)；另一組分別通向電流檢測電路⑵、高壓模塊電路(9)和驅動電路(10);還有一組依次通向低壓模塊電路(12)、指示燈電路(5);高壓模塊電路(9)分別通向有源復位電路(3)和驅動電路(10)，驅動電路(10)通向充電輸出控制電路(11)，高壓整流濾波電路(I)依次與電壓變換電路⑷、電流傳感器電路(6)、充電輸出控制電路(11)構成了電力變換主回路；電流傳感器電路(6)經電流檢測電路(2)通向高壓模塊電路(9)，驅動電路(10)通向充電輸出控制電路(U)，構成電力變換主回路的電流檢測及限流控制回路；低壓整流濾波電路⑵、低壓模塊電路(12)、高壓模塊電路(9)、驅動電路(10)、充電輸出控制電路(11)、電流傳感器電路(6)、電壓變換電路(4)、組成充電各階段的檢測與轉換以及充電電流控制回路。
2.一種閥控密封鉛酸蓄電池充電方法，其特征在于，充電過程分斷續(xù)充電法預充電、漸降電流法主充電、恒壓充電法涓流充電和斷續(xù)充電法補充充電四個階段: a、斷續(xù)充電法預充電:當閥控鉛酸蓄電池蓄電池低于額定電壓時，用充幾秒、停幾秒的方法斷續(xù)充電，且充電電流較??；當閥控鉛酸蓄電池充電電壓達到允許大電流充電時，即可轉入主充電狀態(tài)； b、漸降電流法主充電:閥控鉛酸蓄電池電壓達到允許大電流充電電壓時，進行恒流主充電，隨著蓄電池電壓的升高，主充充電電流快接近蓄電池允許充電曲線時，電流逐漸下降；在20°C溫度時，當蓄電池電壓充到每單元電壓2.4V時進入恒壓充電，不在20°C溫度時，根據(jù)蓄電池的需要給一定的溫度補償； C、恒壓充電法涓流充電:以每單元2.4V的電壓下對蓄電池恒壓充電，充電電流繼續(xù)下降，當電流下降到0.05C時，轉入補充充電； d、斷續(xù)充電法補充充電:充幾秒、停幾秒斷續(xù)充電方法給以補充電，根據(jù)不同的蓄電池選用一個合適的充電電流和合適的限定電壓，隨著電壓的升高充電電流會下降，斷續(xù)充電三小時后充電結束。
3.一種閥控密封鉛酸蓄電池充電方法，其特征在于，充電過程分斷續(xù)充電法預充電、漸降電流法主充電、恒壓充電法涓流充電和斷續(xù)充電法補充充電四個階段: a、斷續(xù)充電法預充電:當閥控鉛酸蓄電池蓄電池每單元電壓小于1.9V時，充2秒、停2秒斷續(xù)充電，且充電電流是主充電流0.2C的三分之一；當閥控鉛酸蓄電池充電電壓達1.8V每單元時，即可轉入主充狀態(tài)； b、漸降電流法主充電:閥控鉛酸蓄電池充電電壓從每單元1.9V充到2.25V采用恒流充電，主充充電以0.2C電流充電，2.25V到2.4V段充電電流從0.2C下降到0.13C ;在20°C溫度時，當蓄電池電壓充到每單元電壓2.4V時進入恒壓充電，不在20°C溫度時，每單元電壓.2.4V蓄電池電壓要有_3mV / °C的溫度補償； C、恒壓充電法涓流充電:以每單元2.4V的電壓下對蓄電池恒壓充電，充電電流從.0.13C左右逐漸下降，當電流下降到0.05C左右時，轉入補充充電； d、斷續(xù)充電法補充充電:每單元電壓2.5V時，充2秒、停2秒斷續(xù)充電給以補滿，控制最大充電電流是主充電流的三分之一，隨著電壓的升高電流會下降，當蓄電池電壓接近每單元2.5V時，斷續(xù)的充電平均電流趨向于0.01C，斷續(xù)充電三小時左右后充電結束。
【文檔編號】H01M10/44GK103618362SQ201310659059
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權日:2013年11月28日
【發(fā)明者】鮑旭東 申請人:蘭溪市迅捷機電有限公司